6.5宇宙航行 课件 (共25张PPT) 高一下学期物理人教版必修2

(共25张PPT)
5
宇宙航行
1.通过“月----地”等一系列检验，验证了地面上的
力与行星绕恒星、卫星绕行星所需要的 力是相同性质的力，称为 。
2. 两大模型：
a. 环绕天体绕中心天体
b. 地面附近物体
重
向心
万有引力
回顾所学知识：
极地轨道
一般轨道
赤道轨道
赤道平面
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上
圆心=地心
轨道半径r=R+h
“天体表面”
“近地卫星”
一、人造卫星的运行规律
一、人造卫星的运行规律
设地球质量为M，卫星质量为m，求卫星的参量：绕行速度v 、角速度ω 、周期T
1、绕行速度v与r的关系
r
v
2、角速度ω与r的关系
3、周期T与r的关系
一、人造卫星的运行规律
设地球质量为M，卫星质量为m，卫星的绕行加速度a、速度v 、角速度ω 、周期T与轨道半径 r 的关系
a、v、ω、T都是r的单值函数
a、v、ω与r变化相反
T 与r变化一致
轨道半径减小了，这四个物理量如何变化？
平面
“长轨低速长周期”
2
1
比较1轨道和2轨道的a、v、ω、T的大小
当r=R时，
人造卫星环绕最大速度
探究:地面上的物体，怎样才能成为人造卫星呢？
A
B
C
D
O
V0
G
【拓展】我们前面讲过，如果忽略地球自转，则在地表附近有：
由此能否推导出第一宇宙速度其他表达式
由
这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的最大环绕速度，叫做第一宇宙速度，同时也是最低发射速度。
——虽然“R大，V小”，但向高
轨道发射卫星比向低轨道发射
卫星难。
——因为向高轨道发射卫星，
火箭要克服地球引力对它的引
力做的功多。
高轨道
低轨道
二、宇宙速度
讨论2：向高轨道发射卫星容易还是向低轨道发射卫星容易？
P
V=7.9Km/s
11.2>V>7.9
V>11.2Km/S
探究: 若卫星的发射速度大于7.9km/s ，会怎样呢？
第三宇宙速度（脱离速度）：v =16.7km/s
（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）
第二宇宙速度（逃逸速度）：v =11.2km/s
（卫星挣脱地球束缚变成小行星的最小发射速度）
第一宇宙速度（环绕速度）：v =7.9km/s
（地球卫星的最小发射速度，是卫星绕地球运行的最大速度）。
二、宇宙速度
三、地球同步卫星
1、定义：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫做地球的同步卫星。
24h
2、周期 T = _______
3、轨道平面___________
赤道平面
4、距地面高度 h =______
h
h
探究: 同步卫星距离地面的高度为多少？
三、地球同步卫星
1、定义：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫做地球的同步卫星。
24h
2、周期 T = _______
3、轨道平面___________
赤道平面
4、距地面高度 h =______
36000km
思考：同步卫星的哪些物理量是不变的呢？
5、R、v、ω、T、an 均为定值
可见，空间位置也是一种资源。
四、卫星变轨原理
1、定义：卫星在变轨期间改变运行轨道的过程叫作变轨
变轨原理及过程
（1）为了节省能量，在赤道上顺着地球自传方向发射卫星至轨道 上，如图所示。
（2）在Q点（近地点）点火加速，卫星做离心运动进入椭圆轨道 。
（3）在P点（远地点）再次点火加速度进入圆形轨道Ш
四、卫星变轨原理
1、定义：卫星在变轨期间改变运行轨道的过程叫作变轨
2、特点：卫星有低空轨道变到高空轨道需要加速做离心运动至高轨道；相反从高空轨道变轨到低空轨道，需要减速做向心运动至低轨道
3、变轨前后的速度和加速度如何变化？
四、卫星变轨原理
Q点（加速变轨）：
r1
r2
Q点（1）：
1轨道
2轨道
P点（）：
3轨道
2轨道
p点（加速变轨）：
3、变轨前后通过同一点其加速度相同，但速度不同（内小外大）
月球
月球轨道
地球
地月转移轨道
点火加速
减速制动
探究: 月球探测卫星发射需要经历几个过程？
D
A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率
B．卫星在轨道3上的角速度大于在轨道1上的角速度
C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度
D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度
【例3】如图所示，某次发射同步卫星的过程如下：先将卫星发射至近地圆轨道1，然后再次点火进入椭圆形的过渡轨道2，最后将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说法正确的是(　　)
课堂练习
A
2．地球的同步卫星是指相对于地面静止不动的人造卫星（　　）
A．它可以在地面上任一点的正上方，且离地心距离可按需要选择不同的值
B．它可以在地面上任一点的正上方，但离地心距离是一定的
C．它只能在赤道的正上方，但离地心的距离可按需要选择不同的值
D．它只能在赤道的正上方，且离地心的距离是一定的
D
3．我国将发射“天宫二号”空间实验室，之后发射“神州十一号”飞船与“天宫二号”对接。假设“天宫二号”与“神州十一”都围绕地球做匀速圆周运动，为了实现飞船与空间实验室的对接，下列措施可行的是（ ）
A．使飞船与空间实验室在同一号轨道上运行，然后飞船加速追上空间实验室实现对接
B．使飞船与空间实验室在同一轨道上运行，然后空间实验室减速等待飞船实现对接
C．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上加速，加速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
D．飞船先在比空间实验室半径小的轨道上减速，减速后飞船逐渐靠近空间实验室，两者速度接近时实现对接
C
4．北斗卫星导航系统是我国自行研制开发的区域性三维卫星定位与通信系统(CNSS)，2020年建成后将实现全球服务，该系统包括5颗同步卫星和30颗一般轨道卫星。关于这些卫星，下列说法中正确的是（ ）
A．5颗同步卫星的轨道半径可以不同
B．导航系统所有卫星的运行速度一定大于第一宇宙速度
C．5颗同步卫星的运行轨道必定在同一平面内
D．导航系统所有卫星中，运行轨道半径越大的，周期越小
C
5. 如图所示，A是静止在赤道上的物体，随地球自转而做匀速圆周运动；B、C是同一平面内两颗人造卫星，B位于离地高度等于地球半径的圆形轨道上，C是地球同步卫星．已知第一宇宙速度为v，物体A和卫星B、C的线速度大小分别为vA、vB、vC，周期大小分别为TA、TB、TC，则下列关系正确的是（ ）
A．vA=vC=v B．vA< vC < vB C．TA>TC>TB D．TA>TB > TC
B